JP2003090383A - Mass body movement control method of damping device - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mass body movement control method capable of simultaneously controlling moving displacement and moving speed of a mass body in an active damping device by maintaining them within a set critical value of the device. SOLUTION: An AC servo motor 22 is driven by a command signal converted from an output signal from a relative displacement sensor 41 detecting input vibration to a building 32 which is damping objective to the command signal. At this time, the displacement and the speed of the mass body 14 to be moved by driving the AC servo motor 22 are fed back to the command signal immediately before they are input to the AC servo motor 22 by a closed minor loop. At the time of this feed-back, individual variable scalar gains 52, 52a are set for each of a plurality of lower-order and higher-order damping objective vibration modes, and each of the variable scalar gains is simultaneously, individually and continuously varied and controlled by a controller 48. Consequently, the command signal is proportionated to the moving displacement of the mass body 14 for the lower-order damping objective vibration mode, while it is proportionated to the moving speed of the mass body 14 for the higher-order damping objective vibration mode.

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、建築物等の制振対
象物に入力される地震や風などの外力に起因した振動を
検出し、この振動をサーボモータ駆動用の指令電圧に変
換して、このサーボモータで質量体を入力振動に応じて
強制的に移動させて制振するようにした制振装置の質量
体移動制御方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来より、高層建築物等の制振対象物に
入力される地震や強風等に起因した振動を効果的に減衰
して制振するための装置として、アクティブ・マス・ダ
ンパ(ＡＭＤ)式の制振装置が良く知られている。このＡ
ＭＤ式制振装置は、例えば制振対象物のビル屋上部など
にＡＣサーボモータで能動的に往復移動される質量体を
設置するとともに、当該ビルにその振動を検出する振動
センサーを設けて、この振動センサーが検知した入力振
動に応じて質量体を強制的に移動させることにより制振
対象物のビルを制振するようにしたものであり、振動セ
ンサーから出力される制振対象物の入力振動信号をＡＣ
サーボモータの指令電圧に変換し、この指令電圧により
サーボモータの回転速度を制御して質量体の移動速度を
決定するようになっている。 【０００３】ここで、上記のように制振対象物の入力振
動信号を、本来的に速度制御型特性を呈するＡＣサーボ
モータの指令電圧に変換し、この指令電圧によってＡＣ
サーボモータの回転速度を制御して質量体の移動を制御
した場合には、指令電圧が出力された後にＡＣサーボモ
ータが駆動されて質量体が実際に移動されるまでの間
に、ＡＣサーボモータが速度制御型ドライバーであるが
故に、半波長分の遅れが発生してしまう。また、大きな
振動が急激に入力された場合には、このときの初期の振
動入力により質量体が装置の往復移動ストロークの中立
点から大きくズレてしまい、当該中立点から片側にずれ
た位置を実際の中立点としてＡＣサーボモータによる往
復移動制御が開始されることになる。つまり、質量体は
ズレ方向とは反対側に大きなスペースを残した状態で往
復移動されてしまうことになり、当該質量体の実際の移
動ストロークは大幅に縮小されて、制振効果が著しく低
減されてしまう。 【０００４】そこで、特開平１０−２９９８２５号公報
に開示されるように、制振対象物への入力振動をＡＣサ
ーボモータ駆動用の指令信号に変換し、この指令信号に
よりＡＣサーボモータを駆動して質量体を移動させるよ
うにした制振装置の質量体移動制御方法において、該質
量体の移動変位および移動速度を検知して、該変位信号
および速度信号を前記ＡＣサーボモータ直前の指令信号
にクローズド・マイナー・ループでフィードバックさせ
て該指令信号を該質量体の実際の移動変位出力に比例さ
せるようにして、該質量体の移動をストローク（変位）
で制御可能となし、もって該質量体の初期のズレを吸収
できるようにした提案がなされている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記質
量体の移動をストロークで制御し得るようにしたＡＭＤ
式制振装置にあっては、その応答のうち質量体の移動ス
トロークのみをその制御管理対象としているため、装置
における質量体の移動ストロークを設定値範囲内に管理
することはできても、移動速度が装置の設定限界値を超
えて飽和してしまう虞があり、この点で改善の要望があ
った。 【０００６】すなわち、２次や3次などの高次振動モー
ドが１次振動モードよりも卓越してしまうような振動を
惹起する外力が制振対象物に入力された場合には、質量
体の移動速度をその高次振動モードを打ち消す速度まで
上げることができずに、結果として装置の停止を余儀な
くされてしまい、惹いては制振効果を発揮させ得なくな
る虞があった。 【０００７】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、アクティブ制振装置における質量体
の移動ストローク（移動変位）と移動速度とを共に同時
に装置の設定限界値内に維持して管理することが可能な
質量体移動制御方法を提供することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明では、制振対象物の振動を、ＡＣサーボモー
タを駆動する指令信号に変換し、該指令信号により該Ａ
Ｃサーボモータを駆動して質量体を移動し、該質量体の
移動によって制振対象物を制振するようにした制振装置
の質量体移動制御方法において、 該質量体の変位およ
び速度を検知して、該変位信号および速度信号を前記Ａ
Ｃサーボモータ直前の指令信号にクローズド・マイナー
・ループでフィードバックさせるにあたり、低次と高次
の複数の制振対象モード毎に個別の可変スカラーゲイン
を設定し、該各可変スカラーゲインをコントローラで同
時にかつ個別に連続的に可変制御することにより、該指
令信号を低次の制振対象モードに対しては質量体の移動
変位（ストローク）に比例させるとともに高次の制振対
象モードに対しては質量体の移動速度に比例させたこと
を特徴とする。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
添付図面を参照して詳細に説明する。図１〜図１０は本
発明に係る制振装置の質量体移動制御方法の一実施形態
を示し、図１は制振装置の正面図、図２は制振装置の設
置状態を示す説明図、図３は制振装置の制御プログラム
を実行するためのブロック線図、図４は指令信号と出力
されたストローク速度との関係を示すブロック線図、図
５は出力されるストロークの変位及び速度をフィードバ
ックする関係を示すブロック線図、図６は制振装置の質
量体に設置された速度センサーおよび変位センサーの特
性を考慮した場合の出力されるストロークの変位及び速
度をフィードバックする関係を示すブロック線図、図７
は速度制御型ドライバーのＡＣサーボモータ特性図、図
８は速度センサー入力回路特性図および変位センサー入
力回路特性図、図９は本発明の制御方法を適用した場合
のＡＣサーボモータへの指令信号に対する質量体のスト
ローク図およびストローク速度図、図１０は本発明に適
用する当初設定したフィルタ図および最適フィルタ図で
ある。 【００１０】図１に示すように制振装置１０は、基台１
２上に質量体１４が往復移動可能に取付けられることに
より概略構成され、この質量体１４を入力振動に対応し
て往復移動させることにより、振動エネルギーを質量体
１４の移動エネルギーで相殺し、もって該制振装置１０
が設置される制振対象物を振動減衰して制振するように
なっている。 【００１１】前記質量体１４は、基台１２の上面に第
１，第２軸受１６，１６ａを介して回転自在に取り付け
られるスクリューシャフト１８に支持され、該スクリュ
ーシャフト１８の回転により質量体１４が駆動される。
前記第１軸受１６にはアンギュラコンタクト玉軸受が用
いられ、ラジアル方向およびスラスト方向の荷重を受け
るようになっており、他方の第２軸受１６ａには通常の
ボールベアリングまたはニードルベアリングが用いられ
る。また、前記スクリューシャフト１８が質量体１４に
挿通される部分にはボールスクリュー２０が設けられ
る。このボールスクリュー２０は、スクリューシャフト
１８と質量体１４側に設けたボールナットとの間に多数
の鋼球が介在されてなり、スクリューシャフト１８の回
転に伴って鋼球が循環されることにより、スクリューシ
ャフト１８の回転により質量体１４を滑らかに駆動でき
るようになっている。 【００１２】前記スクリューシャフト１８の一端部は、
ＡＣサーボモータ２２の出力回転が入力される変速機２
４の出力軸２４ａに継手２６を介して接続され、このＡ
Ｃサーボモータ２２の回転によりスクリューシャフト１
８が回転して質量体１４を軸方向に移動するようになっ
ており、サーボモータ２２の正逆回転により質量体１４
が往復駆動されることになる。また、前記出力軸２４ａ
の反対側端部には電磁ブレーキ２５が設けられ、停電時
には出力軸２４ａが自動的に制動される。 【００１３】かかる構成でなる前記制振装置１０は、図
２に示すように制振対象物としてのビル３２の屋上付近
３２ａに基台１２部分がボルト接合されるなどして設置
される。一方、該制振装置１０が設置されたビル３２に
は振動検知センサーとして相対速度センサー４１，４
１，…が取り付けられる。前記相対速度変位センサー４
１，４１，…で検知した振動信号はＡ／Ｄ変換器４７に
入力されてデジタル信号に変換され、このデジタル信号
およびサーボモータ２２の回転検出信号および質量体１
４の変位信号、速度信号が演算装置４８に出力されるよ
うになっている。該演算装置４８はサーボモータ２２を
駆動する電圧、つまり質量体１4の移動変位（ストロー
ク）と移動速度等を決定するプログラムが入力されてお
り、該演算装置４８に接続されたコントローラ４８ａか
らサーボモータ２２に指令電圧Ｖが出力されるようにな
っている。 【００１４】前記制振装置１０の質量体１４の制御は、
より具体的には図３に示すブロック線図に基づいて実行
されるようになっている。制振対象物のビル３２の複数
階と地表部には相対速度センサー４１を設置しており、
制振装置１０の質量体１４には制振対象物最上部に対す
る相対速度センサー４２および相対変位センサー４３を
設置している。相対速度センサー４１，４２および相対
変位センサー４３から得られた振動信号は、それぞれ増
幅器４４、積分器４５、ローパスフィルタ４６およびＡ
／Ｄ変換器４７等を通してコントローラ４８ａに送ら
れ、このコントローラ４８ａで制振装置１０の質量体１
４を駆動するための基本的な指令信号となる操作信号ｕ
が決定される。該操作信号ｕに、前記制振装置１０の特
性を速度制御型ドライバーから変位制御型ドライバーに
変更するために設けられたクローズド・マイナー・ルー
プからの信号（マイナーゲイン４９，４９ａ）を加えた
ものが実際の指令信号となる印加信号Ｖである。該印加
信号Ｖが、Ｄ／Ａ変換器５０およびドライバーアンプ５
１を通してＡＣサーボモータ２２に印加され、質量体１
４を駆動する。そして、この質量体１４の駆動により制
振対象物であるビル３２の振動が抑制され、この抑制さ
れた状態の振動が上記相対速度センサー４１，４２、相
対変位センサー４３で検知される。つまり、ビル３２全
体を１つの系としてフィードバック要素を加味した状態
で質量体１４の制御が行われるようになっている。 【００１５】即ち、かかる制御を行うにあたってサーボ
モータ２２の指令電圧Ｖは次の式１によって質量体１４
の移動速度が定義され、これをブロック線図で示すと図
４となる。また、図７に本実施形態における制御の基礎
となる速度制御型ドライバーのＡＣサーボモータ特性図
を示す。 【００１６】 【数１】 【００１７】要するに、本来的に式１にて示されるよう
な速度制御型特性を有する図４のＡＣサーボモータ２２
に対して、図５に示すようなクローズド・マイナー・ル
ープを設けてマイナーゲイン４９，４９ａを設定し、こ
の各マイナーゲイン４９，４９ａの値は次のように決定
される。即ち、制振対象物のビル３２の低次振動数領域
では質量体１４の移動変位（ストローク）を一定とな
し、更に高次振動数領域では質量体１４の移動速度を一
定となすようなＡＣサーボモータ２２の構成が得られる
値に定められる。つまり、制振対象物の低次振動数領域
ではＡＣサーボモータ２２の基本的な指令信号である操
作信号ｕに対して装置の質量体１４の移動変位が比例
し、制御対象物の高次振動数領域ではＡＣサーボモータ
指令信号ｕに対して装置の質量体１４の移動速度が比例
するようなフィードバック制御を行うことが本発明の特
徴点である。 【００１８】即ち、式１の印加電圧Ｖは、図５のように
クローズド・マイナー・ループを備えた構成では、ＡＣ
サーボモータ２２への操作電圧ｕと上記クローズド・マ
イナー・ループからの信号（下記）の変換値を用いて式
２で示される。 【００１９】 【数２】 【００２０】なお、図６に示すように制振装置１０の質
量体１４に設置した相対速度センサー４２の入力回路の
特性および相対変位センサー４３の入力回路の特性を、
それぞれ２極のローパスフィルタで近似して考慮した場
合の印加電圧Ｖは、ＡＣサーボモータ２２への操作電圧
ｕとマイナーループからの信号の変換値を用いて式３で
示される。また、図８（ａ）に本実施形態における速度
センサー入力回路特性図および同図（ｂ）に変位センサ
ー入力回路特性図を示す。 【００２１】 【数３】 【００２２】式３を式１に代入して整理すると、式４と
なる。 【００２３】 【数４】 【００２４】ここで、式４であるx_ａ／ｕおよび式４を
微分したｓ・ｘ_ａ／ｕにｓ＝ｉωを代入した式から振幅
を表すωの関数を求め、それらをＤ（ω），Ｖ（ω）で
表す。次に、Ｄ（ω），Ｖ（ω）の微分をそれぞれＤ′
（ω），Ｖ′（ω）とする。ここで、Ｄ′（ω）を制振
対象物の低次振動数領域でゼロとし、更にＶ′（ω）を
制振対象物の高次振動数領域でゼロとすることによっ
て、制振対象物の低次振動数領域ではＡＣサーボモータ
指令信号ｕに対して装置の質量体の移動変位（ストロー
ク）が比例し、制御対象物の高次振動数領域ではＡＣサ
ーボモータ指令信号ｕに対して装置の質量体１４の移動
速度が比例するようなマイナーゲイン４９，４９ａを決
定することができる。なお、図９は本実施形態における
上記フィードバック制御を行った場合のＡＣサーボモー
タ指令信号ｕに対する装置の質量体１４の移動変位ｘ_ａ
および装置の質量体１４の移動速度ｘ_ａ′を示す図であ
る。同図に示すように上記フィードバック制御によっ
て、制振対象物の低次振動数領域ではＡＣサーボモータ
指令信号ｕに対して装置の質量体１４の移動変位が比例
し、制御対象物の高次振動数領域ではＡＣサーボモータ
指令信号ｕに対して質量体１４の移動速度が比例するよ
うな装置特性に変換されている。 【００２５】また、図３に示すコントローラ４８は、限
られた振動検出センサー（相対変位センサー４１）の数
とその位置を考慮した最適制御則から求めたＬＱゲイン
５４、および該ＬＱゲイン５４との組み合わせで最適制
御を実現し、更に制振対象物であるビル３２の振動モー
ド分離を達成する最適フィルタ５３、およびスカラーゲ
イン５２，５２ａなどから構成されている。 【００２６】即ち、図３に示すブロック線図の相対変位
センサー４２，相対速度センサー４３で検出された質量
体１４の移動速度と変位、および相対変位センサー４１
で検出された制振対象物の変位と速度は、同図に示すコ
ントローラ４８に入力されて、所定の処理がなされた
後、同図のスカラーゲイン５２，５２ａに反映されるよ
うになっている。 【００２７】図３に示す制御方法が従来と異なる点は、
個別制御を達成するために、該最適フィルタ５３と該ス
カラーゲイン５２，５２ａを制振対象振動モード毎に設
定していることにある。つまり、上記制振装置１０にお
ける質量体１４のストロークとストローク速度の管理方
法として、制振対象振動モード毎に設定された複数のス
カラーゲイン５２，５２ａをコントローラ４８の最終出
力段に設け、該スカラーゲイン５２，５２ａを個別に変
更する可変ゲイン制御を実現することが本発明の特徴と
なる。 【００２８】即ち、かかる制御を行うにあたって制振対
象物の低次側振動モードと高次側振動モードに対して個
別に設定したフィルタは式５，式６となる。 【００２９】 【数５】 【数６】 式５，式６は非連成のフィルタとして与えられ、まとめ
ると式７となる。 【００３０】 【数７】 【００３１】また、図３に示す制振対象物３２および制
振装置・特性部変換部５５で構成される装置特性および
式７のフィルタ特性をまとめた状態方程式は式８とな
る。 【００３２】 【数８】 【００３３】次に、式８を対象として最適制御則から求
めたＬＱゲイン５４を示す式９のうち、式１０のように
フィルタに掛かるＬＱゲインと他のＬＱゲインを分離し
て、式９のフィルタ項である式１０の第１項を式８のシ
ステム行列Ａ_G内に移項すると式１１となる。なお、式
９のうちフィルタに掛かるＬＱゲインはＫ_fである。 【００３４】 【数９】 【数１０】 【数１１】 【００３５】式１１に示すように、式７で当初設定した
フィルタのシステム行列Ａ_fをＡ_{f_o pt}に修正することに
よって最適フィルタを構成している。なお、制振対象物
の低次側振動モードと高次側振動モードに対して個別に
設定した場合の最適フィルタ５３のシステム行列Ａ
_{f_opt}は、式１２に示すようにフルマトリックスとな
る。 【００３６】 【数１２】 このことは、式１２で示す最適フィルタ５３では、図３
に示すように操作量ｕ _s1からｕ_z1として流れる出力信号
ｕ’_(z1/s1)だけでなく、操作量ｕ_s2から流れる干渉信
号ｕ’_(z1/s2)も生じることを意味する。また、操作量
ｕ_s2からｕ_z2として流れる出力信号ｕ’_(z2/s2)だけで
なく、操作量ｕ_s1から流れる干渉信号ｕ’_(z2/s1)も生
じる。本実施形態における最適フィルタ５３では、これ
らの出力信号を伝達関数の形で構成し、式１３，式１４
で示す加算値として用いることによって、制振対象物３
２におけるモード分離を達成している。図１０（ａ）に
本実施形態における式７で構成する当初設定したフィル
タ図を示し、同図（ｂ）に式１２で構成する最適フィル
タ図を示す。なお、図１０に示す最適フィルタには、ス
ピルオーバー防止機能として制振対象外の高次振動モー
ドを遮断する機能と、振動検知センサー（相対変位セン
サー４１，４２、相対速度センサー４３）の積分回路に
起因する質量体１４に対する長周期ドリフト成分の除去
機能も併せ持つ。 【００３７】 【数１３】 【数１４】 【００３８】また、かかる制御を行うにあたって装置ス
トロークおよび装置ストローク速度を指令演算段階で管
理する可変ゲイン制御は、図３に示す低次振動モード制
御用スカラーゲイン５２および高次振動モード制御用ス
カラーゲイン５２ａを用いて行われる。前記の通り制振
装置１０におけるＡＣサーボモータ２２は、制振対象物
３２の低次振動数では変位制御型になるように、また制
振対象物３２の高次振動数では速度制御型になるように
構成されている。よって、最適フィルタ５３を通過した
低次振動モード制御用スカラーゲイン５２にくる信号ｕ
_z1は装置ストロークの指令信号であり、最適フィルタ５
３を通過した高次振動モード制御用スカラーゲイン５２
ａにくる信号ｕ_z2は装置ストローク速度の指令信号とな
る。しかしながら、最終的な制振装置１０における質量
体１４の挙動は、低次振動モード制御用スカラーゲイン
５２と高次振動モード制御用スカラーゲイン５２ａを通
過した信号の加算値で決定される。このことから、最適
フィルタ５３の一方の出力信号であるｕ_z1と他方の出力
信号であるｕ_z2からそれぞれに対応する装置ストローク
成分および装置ストローク速度成分を知る必要がある。
そこで、最適フィルタ５３の一方の出力信号であるｕ_z1
を微分することによって、また最適フィルタ５３の他方
の出力信号であるｕ_z2を積分することによって式１５，
１７で示す仮想ポテンシャルストロークと、式１６，１
８で示す仮想ポテンシャルストローク速度を定義する。 【００３９】 【数１５】 【数１６】 【数１７】 【数１８】 【００４０】時々刻々のスカラーゲイン５２，５２ａ
は、式１５，１６，１７，１８の各値が目標とする装置
ストロークおよび装置ストローク速度の値を越えないよ
うに変更される。 【００４１】従って、以上のように本実施形態にあって
は、制振対象物であるビル３２への入力振動を検出した
相対変位センサー４１からの出力信号を指令信号に変換
して、この指令信号によってＡＣサーボモータ２２を駆
動し、このＡＣサーボモータ２２の駆動により移動され
る質量体１４の変位および速度を、クローズド・マイナ
ー・ループでそのＡＣサーボモータ２２に入力される直
前の前記指令信号にフィードバックするにあたって、低
次と高次の制振対象振動モード毎に個別の可変スカラー
ゲインを設定し、該各可変スカラーゲインをコントロー
ラ４８で同時にかつ個別に連続的に可変制御するので、
該指令信号を低次の制振対象振動モードに対しては質量
体１４のストロークに比例させる一方、高次の制振対象
振動モードに対しては質量体１４の速度に比例させるこ
とができるようになる。このため、アクティブ制振装置
１０における質量体１４の装置ストロークと装置速度と
を共に同時に設定値内に維持して管理することが可能に
なって、質量体１４の移動を低次振動モードに対しては
ストロークで制御しつつ、高次振動モードに対しては速
度で制御することができるようになる。これ故、低次振
動が卓越するケースや２次や３次等の高次振動が卓越す
るケース等、様々なケースの振動モードに対して効果的
な制振作用を発揮することができるようになる。 【００４２】なお、本発明で適用する制御方法は制振対
象振動モード毎に制御を行うため、本発明にトルク制約
を導入することは、本発明を簡単に拡張することによっ
て達成できる。 【００４３】 【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る制振
装置の質量体移動制御方法にあっては、制振対象物への
入力振動を変換した指令信号によってＡＣサーボモータ
を駆動し、このＡＣサーボモータの駆動によって移動す
る質量体の変位および速度をそのＡＣサーボモータに入
力される直前の前記指令信号にクローズド・マイナー・
ループでフィードバックするにあたって、低次と高次の
制振対象振動モード毎に個別の可変スカラーゲインを設
定し、該各可変スカラーゲインをコントローラで同時に
かつ個別に連続的に可変制御することによって、該指令
信号を低次の制振対象モ振動ードに対しては質量体の移
動ストローク（変位）に比例させる一方、高次の制振対
象振動モードに対しては質量体の移動速度に比例させる
ことができるようになる。 【００４４】このため、アクティブ制振装置における質
量体の移動変位と移動速度とを共に同時に装置の設定限
界値内に維持して管理することが可能になって、質量体
の移動を低次振動モードに対してはストロークで制御し
つつ、高次振動モードに対しては速度で制御することが
できるようになり、もって制振対象物にとって低次振動
が卓越するケースや２次や３次等の高次振動が卓越する
ケース等の様々な振動形態に対応して効果的な制振作用
を発揮することができるようになる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibration control system for a building or the like.
Vibration caused by external force such as earthquake or wind input to the elephant
Detected and converts this vibration to the command voltage for servo motor drive.
In other words, this servo motor moves the mass body according to the input vibration.
The mass of the vibration damping device that is forcibly moved and damped
The present invention relates to a body movement control method. [0002] 2. Description of the Related Art Conventionally, vibration control objects such as high-rise buildings have been used.
Effectively dampens vibrations caused by incoming earthquakes, strong winds, etc.
Active mass damper
A damper (AMD) type vibration damping device is well known. This A
The MD type vibration damping device is, for example, the top of the building of the object to be damped.
A mass body actively reciprocated by an AC servomotor
Vibration that is installed and detects the vibration in the building
Providing a sensor, the input vibration detected by this vibration sensor
Damping by forcibly moving the mass body according to the movement
The target building is damped.
The input vibration signal of the object to be damped output from the sensor
Converted to the command voltage of the servo motor,
By controlling the rotation speed of the servo motor, the moving speed of the mass
The decision is made. Here, the input vibration of the vibration damping object is
An AC servo that inherently exhibits a speed control type characteristic
Converted to the motor command voltage,
Control the movement of the mass body by controlling the rotation speed of the servo motor
In this case, the AC servo motor is output after the command voltage is output.
Data is driven and the mass is actually moved.
In addition, the AC servomotor is a speed control type driver,
Therefore, a delay of a half wavelength occurs. Also big
If vibration is suddenly input, the initial vibration
The mass body is neutralized by the reciprocating stroke of the device
From the neutral point and shift to one side from the neutral point
Position by the AC servo motor
The return movement control is started. That is, the mass is
Go with a large space left on the opposite side of the
Will be moved back, and the actual mass
Dynamic stroke is greatly reduced, resulting in extremely low damping effect
Will be reduced. Therefore, Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 10-299825
The input vibration to the vibration damping target is
To a command signal for driving the servo motor, and
Drive the AC servo motor to move the mass
In the method for controlling the movement of a mass body of a vibration damping device,
Detecting the displacement and speed of movement of the polymer, the displacement signal
And a speed signal as a command signal immediately before the AC servomotor.
Feedback in a closed minor loop
The command signal is proportional to the actual displacement output of the mass body.
To move the mass body by a stroke (displacement).
Can be controlled by the controller, thereby absorbing the initial displacement of the mass
Proposals have been made that can be done. [0005] However, the above quality
AMD that can control the movement of the monomer by stroke
In the case of a vibration damper, the mass
Since only trokes are subject to control and management,
The moving stroke of the mass body within the set value range
Movement speed exceeds the set limit of the device.
May be saturated, and there is a request for improvement in this regard.
Was. That is, a higher-order vibration mode such as a secondary or tertiary vibration mode
Vibration that would be more prominent than the primary vibration mode
If the induced external force is input to the damping target, the mass
The speed of movement of the body to the speed at which its higher-order vibration mode is canceled
As a result, the equipment must be shut down.
I was not able to exert the damping effect
There was a risk of [0007] The present invention has been made in view of the above problems.
Yes, its purpose is to use mass
Movement stroke (movement displacement) and movement speed at the same time
Can be maintained and controlled within the set limits of the equipment
An object of the present invention is to provide a mass body movement control method. [0008] SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object,
In the present invention, the vibration of the object to be damped is controlled by the AC servo mode.
Into a command signal for driving the motor, and the A
The mass body is moved by driving the C servo motor, and the mass
A vibration damping device that damps the object to be damped by moving
The mass body movement control method according to
And the speed signal and the displacement signal and the speed signal
Closed minor to command signal immediately before C servo motor
・ Lower and higher order for feedback in loop
Variable scalar gain for each of the multiple vibration suppression target modes
And set the respective variable scalar gains with the controller.
By performing variable control at times and individually and continuously, the finger
Move the mass body for the low-order vibration suppression target mode
Higher-order vibration suppression pair proportional to displacement (stroke)
For the elephant mode, it is proportional to the moving speed of the mass
It is characterized by. [0009] DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
This will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Figures 1 to 10 are books
One embodiment of a mass body movement control method for a vibration damping device according to the invention
FIG. 1 is a front view of the vibration damping device, and FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the installation state, and FIG. 3 is a control program of the vibration damping device.
FIG. 4 is a block diagram for executing the operation, and FIG.
Block diagram and diagram showing the relationship with the applied stroke speed
5 is the feedback of the displacement and speed of the output stroke.
Fig. 6 is a block diagram showing the relationship between
Characteristics of the speed sensor and displacement sensor
Stroke speed and output speed in consideration of performance
FIG. 7 is a block diagram showing a relationship for feeding back degrees.
The figure shows the AC servo motor characteristic diagram of the speed control type driver.
8 is a speed sensor input circuit characteristic diagram and displacement sensor input.
FIG. 9 shows a case where the control method of the present invention is applied.
Of the mass body in response to the command signal to the AC servomotor
The Roke diagram and the stroke speed diagram, and FIG. 10 are suitable for the present invention.
Use the initially set filter diagram and optimal filter diagram
is there. [0010] As shown in FIG.
2 on which the mass body 14 is mounted so as to be able to reciprocate.
More generally, the mass body 14 corresponds to the input vibration.
To move the vibration energy to the mass
14, and the vibration damping device 10
Vibration damping object to be installed is damped
Has become. The mass body 14 is provided on the upper surface of the base 12
1, rotatably mounted via second bearings 16, 16a
The screw is supported by a screw shaft 18
The mass body 14 is driven by the rotation of the shaft 18.
For the first bearing 16, an angular contact ball bearing is used.
In the radial and thrust directions.
The other second bearing 16a has a normal
Ball bearings or needle bearings are used
You. Further, the screw shaft 18 is attached to the mass body 14.
A ball screw 20 is provided in a portion to be inserted.
You. This ball screw 20 has a screw shaft
18 and the ball nut provided on the mass body 14 side
Of the screw shaft 18
The steel ball is circulated along with the
The mass body 14 can be driven smoothly by the rotation of the shaft 18.
It has become so. One end of the screw shaft 18 is
Transmission 2 to which output rotation of AC servo motor 22 is input
4 is connected to the output shaft 24a through a joint 26.
Screw shaft 1 by rotation of C servo motor 22
8 rotates to move the mass body 14 in the axial direction.
The mass body 14 is rotated by the forward / reverse rotation of the servo motor 22.
Is driven back and forth. Further, the output shaft 24a
An electromagnetic brake 25 is provided at the opposite end of the
, The output shaft 24a is automatically braked. The vibration damping device 10 having such a configuration is
As shown in Fig. 2, near the rooftop of building 32 as the object to be damped
The base 12 is bolted to 32a and installed
Is done. On the other hand, in the building 32 where the vibration damping device 10 is installed,
Are relative speed sensors 41 and 4 as vibration detection sensors
1, ... are attached. The relative velocity displacement sensor 4
The vibration signals detected at 1, 41,.
Input and converted to a digital signal, this digital signal
And rotation detection signal of servo motor 22 and mass body 1
4 is output to the arithmetic unit 48.
Swelling. The arithmetic unit 48 controls the servo motor 22
The driving voltage, that is, the displacement of the mass body 14 (straw displacement)
H) and a program to determine the moving speed
The controller 48a connected to the arithmetic unit 48
Then, the command voltage V is output to the servo motor 22.
ing. The control of the mass body 14 of the vibration damping device 10 is as follows.
More specifically, it is executed based on the block diagram shown in FIG.
It is supposed to be. Multiple buildings 32 to be damped
A relative speed sensor 41 is installed on the floor and the ground surface,
The mass body 14 of the vibration damping device 10 has
Relative speed sensor 42 and relative displacement sensor 43
Has been installed. Relative speed sensors 41, 42 and relative
The vibration signals obtained from the displacement sensor 43 increase respectively.
Width unit 44, integrator 45, low-pass filter 46 and A
Sent to the controller 48a through the / D converter 47 etc.
The mass 48 of the vibration damping device 10 is controlled by the controller 48a.
Operation signal u, which is a basic command signal for driving
Is determined. In response to the operation signal u,
From a speed-controlled driver to a displacement-controlled driver
Closed Minor Lou provided for change
Signal from the amplifier (minor gain 49, 49a)
This is the applied signal V which is the actual command signal. The application
The signal V is supplied to the D / A converter 50 and the driver amplifier 5
1 is applied to the AC servomotor 22 through the mass body 1
4 is driven. Then, the driving of the mass body 14
The vibration of the building 32, which is the object to be vibrated, is suppressed.
The vibration in the separated state corresponds to the relative speed sensors 41 and 42,
It is detected by the displacement sensor 43. In other words, the whole building 32
A state in which the body is one system and feedback elements are added
Controls the mass body 14. That is, in performing such control, the servo
The command voltage V of the motor 22 is calculated by the following equation (1).
Is defined, and this is shown in a block diagram.
It becomes 4. FIG. 7 shows the basics of control in this embodiment.
AC servo motor characteristic diagram of speed control type driver that becomes
Is shown. [0016] (Equation 1) In short, essentially as shown in equation (1)
AC servo motor 22 of FIG.
In contrast, a closed minor rule as shown in FIG.
And set minor gains 49 and 49a.
The value of each minor gain 49, 49a is determined as follows
Is done. That is, the low frequency region of the building 32 to be damped
Then, the movement displacement (stroke) of the mass body 14 becomes constant.
In the higher frequency region, the moving speed of the mass
A configuration of the AC servomotor 22 that can be achieved is obtained.
Value. In other words, the low-order frequency region of the object to be damped
Now, the operation which is a basic command signal of the AC servomotor 22 is performed.
The movement displacement of the mass 14 of the device is proportional to the operation signal u.
In the high-order frequency range of the control object, the AC servomotor
The moving speed of the mass 14 of the device is proportional to the command signal u.
It is a feature of the present invention to perform such feedback control as follows.
It is a mark. That is, as shown in FIG.
In configurations with closed minor loops, AC
The operating voltage u to the servomotor 22 and the closed
Expression using the converted value of the signal from the inner loop (below)
Indicated by 2. [0019] (Equation 2) Note that, as shown in FIG.
Of the input circuit of the relative speed sensor 42 installed on the
Characteristics and the characteristics of the input circuit of the relative displacement sensor 43,
When considering by approximating with a 2-pole low-pass filter
The applied voltage V is the operating voltage applied to the AC servomotor 22.
Equation 3 using u and the converted value of the signal from the minor loop
Shown. FIG. 8A shows the speed in the present embodiment.
The sensor input circuit characteristic diagram and FIG.
-Shows an input circuit characteristic diagram. [0021] [Equation 3] Substituting Equation 3 into Equation 1 and rearranging it, Equation 4 and
Become. [0023] (Equation 4) Here, x in Expression 4_a/ U and equation 4
Differentiated s · x_aFrom the equation in which s = iω is substituted for / u, the amplitude
, Which are expressed as ω, and these are expressed as D (ω) and V (ω).
Represent. Next, the differentials of D (ω) and V (ω) are respectively D ′
(Ω) and V ′ (ω). Here, D '(ω) is damped
Zero in the low frequency region of the object, and V '(ω)
By setting it to zero in the high-order frequency region of the damping object,
In the low-order frequency region of the vibration damping target,
In response to the command signal u, the displacement of the mass
) Is proportional, and in the high-order frequency region of the controlled object, AC
Of the mass body 14 of the apparatus in response to the servo motor command signal u
Decide minor gains 49 and 49a so that speed is proportional.
Can be specified. Note that FIG.
AC servo mode when the above feedback control is performed
Displacement x of the mass body 14 of the apparatus with respect to the data command signal u_a
And the moving speed x of the mass 14 of the device_a'
You. As shown in FIG.
In the low-order frequency region of the vibration damping target,
The displacement of the mass 14 of the device is proportional to the command signal u.
In the high-order frequency range of the control object, the AC servomotor
The moving speed of the mass body 14 is proportional to the command signal u.
Is converted to such device characteristics. The controller 48 shown in FIG.
Number of vibration detection sensors (relative displacement sensors 41)
And LQ gain obtained from the optimal control law considering its position
Optimal control in combination with LQ gain 54
Control and the vibration mode of the building 32
Filter 53 for achieving the separation of the scalar
And 52a, 52a. That is, the relative displacement of the block diagram shown in FIG.
Mass detected by sensor 42 and relative speed sensor 43
Moving speed and displacement of body 14, and relative displacement sensor 41
The displacement and velocity of the vibration damping object detected in
Controller 48 and a predetermined process is performed.
Later, it will be reflected in the scalar gains 52 and 52a of FIG.
Swelling. The difference between the control method shown in FIG.
To achieve individual control, the optimal filter 53 and the switch
Color gains 52 and 52a are set for each vibration mode to be damped.
It has to be fixed. That is, the vibration damping device 10
Of Stroke and Stroke Speed of Mass 14
As a rule, a plurality of scans set for each vibration mode
The color gains 52 and 52a are output to the final output of the controller 48.
The scalar gains 52 and 52a are individually changed in the power stage.
It is a feature of the present invention that the variable gain control is further improved.
Become. That is, when performing such control,
For the lower-order vibration mode and the higher-order vibration mode of the object,
The filters set separately are Expressions 5 and 6. [0029] (Equation 5) (Equation 6) Equations 5 and 6 are given as uncoupled filters.
Then, Equation 7 is obtained. [0030] (Equation 7) The vibration damping object 32 and the vibration damping object 32 shown in FIG.
Device characteristics configured by the vibration device / characteristics conversion unit 55 and
The state equation summarizing the filter characteristics of Equation 7 is given by Equation 8.
You. [0032] (Equation 8) Next, the following equation (8) is obtained from the optimal control rule.
Out of Equation 9 showing the LQ gain 54,
Separate the LQ gain applied to the filter from other LQ gains
Therefore, the first term of Equation 10, which is the filter term of Equation 9, is replaced by
Stem matrix A_GEquation 11 is obtained by transposing into. Note that the expression
The LQ gain applied to the filter out of 9 is K_fIt is. [0034] (Equation 9) (Equation 10) (Equation 11) As shown in Equation 11, the initial setting was made in Equation 7.
Filter system matrix A_fA_{f_o pt}To fix
Thus, an optimal filter is configured. The damping target
Separately for the lower vibration mode and the higher vibration mode
System matrix A of optimal filter 53 when set
_{f_opt}Is a full matrix as shown in Equation 12.
You. [0036] (Equation 12) This means that the optimum filter 53 shown in Expression 12
Manipulated variable u as shown in _s1From u_z1Output signal flowing as
u '_{(z1 / s1)}As well as the manipulated variable u_s2Interference flowing from
No. u '_{(z1 / s2)}Also occurs. Also, the operation amount
u_s2From u_z2Output signal u 'flowing as_{(z2 / s2)}Alone
No operation amount u_s1Interference signal u 'flowing from_{(z2 / s1)}Also raw
I will. In the optimal filter 53 of the present embodiment,
These output signals are configured in the form of a transfer function,
The vibration damping target object 3
2 is achieved. In FIG.
The initially set fill configured by Equation 7 in the present embodiment
FIG. 11B shows an optimal filter formed by Expression 12.
FIG. The optimum filter shown in FIG.
As a pillover prevention function, high-order vibration modes
Function to shut off the vibration and a vibration detection sensor (relative displacement sensor).
Circuits 41 and 42, relative speed sensor 43)
Of long-period drift components for the mass 14 caused by
It also has functions. [0037] (Equation 13) [Equation 14] In carrying out such control, the device
The troke and machine stroke speeds are controlled at the command calculation stage.
The variable gain control to be controlled is a low-order vibration mode control shown in FIG.
Control scalar gain 52 and control for higher-order vibration mode control.
This is performed using the color gain 52a. Damping as described above
The AC servo motor 22 in the device 10 is
At a low frequency of 32, the displacement control type is
In order to be a speed control type at the higher order frequency of the vibration target 32
It is configured. Therefore, it passed the optimal filter 53
Signal u coming to scalar gain 52 for low order vibration mode control
_z1Is a command signal of the apparatus stroke, and the optimum filter 5
Scalar gain 52 for high-order vibration mode control after passing through
signal u coming to a_z2Is the command signal for the device stroke speed.
You. However, the mass in the final damping device 10
The behavior of the body 14 is a scalar gain for low-order vibration mode control.
52 and a scalar gain 52a for higher-order vibration mode control.
It is determined by the sum of the passed signals. From this, optimal
U which is one output signal of the filter 53_z1And the other output
U is the signal_z2From the corresponding device stroke
It is necessary to know the component and the device stroke speed component.
Therefore, one output signal u of the optimal filter 53 is u_z1
And the other of the optimal filter 53
U which is the output signal of_z2By integrating, Equation 15,
And a virtual potential stroke indicated by Eq.
A virtual potential stroke speed 8 is defined. [0039] (Equation 15) (Equation 16) [Equation 17] (Equation 18) The scalar gains 52, 52a every moment
Is a device whose values in equations 15, 16, 17, and 18 are targeted.
Do not exceed the value of stroke and machine stroke speed
Will be changed. Therefore, as described above, in this embodiment,
Has detected the input vibration to the building 32 which is the vibration damping object.
Converts the output signal from the relative displacement sensor 41 to a command signal
Then, the AC servo motor 22 is driven by this command signal.
And is moved by the drive of the AC servomotor 22.
The displacement and velocity of the mass 14
In the AC servo motor 22 in the loop.
When feeding back to the previous command signal,
Independent variable scalars for the second and higher order vibration modes to be damped
Set the gain and control each variable scalar gain
Since the variable control is performed simultaneously and individually continuously by the LA 48,
For the low-order vibration mode to be damped,
Higher vibration damping target while proportional to the stroke of body 14
For the vibration mode, make it proportional to the speed of the mass body 14.
And be able to do it. For this reason, active damping devices
The device stroke and device speed of the mass 14 at 10
Can be maintained and set within the set value at the same time.
And the movement of the mass body 14 is
While controlling with stroke, speed is higher for higher order vibration mode.
It can be controlled in degrees. Therefore, low order vibration
Cases where motion is dominant, and higher order vibration such as secondary and tertiary
Effective for various cases of vibration modes
It is possible to exhibit a great damping action. It should be noted that the control method applied in the present invention is
Since the control is performed for each elephant vibration mode, the torque constraint is applied to the present invention.
Is to easily extend the present invention.
Can be achieved. [0043] As described above, the vibration damper according to the present invention is provided.
In the method of controlling the mass movement of the device,
AC servo motor with command signal converted from input vibration
And driven by this AC servomotor.
Input the displacement and velocity of the mass to the AC servomotor.
Closed minor
When providing feedback in a loop, low-order and high-order
An individual variable scalar gain is set for each vibration control target vibration mode.
And each variable scalar gain is simultaneously
And by individually and continuously performing variable control, the command
The signal is transferred to the low-order
While it is proportional to the dynamic stroke (displacement), high-order vibration suppression
For the elephant vibration mode, make it proportional to the moving speed of the mass
Will be able to do it. Therefore, the quality of the active vibration damping device
At the same time, the displacement of the
It is possible to maintain and manage within the boundary value,
The stroke is controlled by the stroke for the low-order vibration mode.
However, for higher-order vibration modes, speed can be controlled.
Low-order vibration for the object to be damped
Is predominant, and secondary and tertiary vibrations are predominant
Effective vibration damping action for various vibration forms such as cases
Can be demonstrated.

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の制御方法が採用されたアクティブ制振
装置の正面図である。 【図２】図１の制振装置の設置状態を示す説明図であ
る。 【図３】本発明の制御方法の制御プログラムを実行する
ためのブロック線図である。 【図４】本発明の制振方法における指令信号と出力され
たストローク速度との関係を示すブロック線図である。 【図５】本発明の制振方法によって出力されるストロー
クの変位、速度をフィードバックする関係を示すブロッ
ク線図である。 【図６】制振装置の質量体に設置された速度センサーお
よび変位センサーの特性を考慮した場合の出力されるス
トロークの変位、速度をフィードバックする関係を示す
ブロック線図である。 【図７】本発明で基本的に採用する速度制御型ドライバ
ーのＡＣサーボモータ特性図である。 【図８】速度センサー入力回路特性図および変位センサ
ー入力回路特性図である。 【図９】本発明の制御方法を適用した場合のＡＣサーボ
モータへの指令信号に対する質量体のストローク図およ
びストローク速度図である。 【図１０】本発明に適用する当初設定したフィルタ図お
よび最適フィルタ図である。 【符号の説明】 １０ 制振装置 １４ 質量体 ２２ サーボモータ ３２ ビル（制振対象物） ４１，４２ 相対変位センサー ４３ 相対速度センサー ４６ ローパスフィルター ４７ Ａ／Ｄ変換器 ４８ 演算装置 ４８ａ コントローラ ４９，４９ａ （クローズド・マイナー・ループ）ゲイ
ン ５２ １次（低次）振動モードゲイン ５２ａ ２次（高次）振動モードゲインBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a front view of an active vibration damping device employing a control method according to the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram showing an installation state of the vibration damping device of FIG. FIG. 3 is a block diagram for executing a control program of a control method according to the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing a relationship between a command signal and an output stroke speed in the vibration damping method of the present invention. FIG. 5 is a block diagram showing a relationship for feeding back stroke displacement and speed output by the vibration damping method of the present invention. FIG. 6 is a block diagram showing a relationship in which a displacement and a speed of an output stroke are fed back in consideration of characteristics of a speed sensor and a displacement sensor installed on a mass body of the vibration damping device. FIG. 7 is a characteristic diagram of an AC servomotor of a speed control type driver basically adopted in the present invention. FIG. 8 is a characteristic diagram of a speed sensor input circuit and a characteristic diagram of a displacement sensor input circuit. FIG. 9 is a stroke diagram and a stroke speed diagram of a mass body with respect to a command signal to an AC servomotor when the control method of the present invention is applied. 10A and 10B are a filter diagram initially set and an optimum filter diagram applied to the present invention. [Description of Signs] 10 Vibration suppression device 14 Mass body 22 Servo motor 32 Building (object of vibration suppression) 41, 42 Relative displacement sensor 43 Relative speed sensor 46 Low-pass filter 47 A / D converter 48 Arithmetic device 48a Controller 49, 49a (Closed Minor Loop) Gain 52 Primary (Lower Order) Vibration Mode Gain 52a Secondary (Higher Order) Vibration Mode Gain

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項１】 制振対象物の振動を、ＡＣサーボモータ
を駆動する指令信号に変換し、該指令信号により該ＡＣ
サーボモータを駆動して質量体を移動し、該質量体の移
動によって制振対象物を制振するようにした制振装置の
質量体移動制御方法において、 該質量体の変位および速度を検知して、該変位信号およ
び速度信号を前記ＡＣサーボモータ直前の指令信号にク
ローズド・マイナー・ループでフィードバックさせるに
あたって、低次と高次の制振対象モード毎に個別の可変
スカラーゲインを設定し、該各可変スカラーゲインをコ
ントローラで同時にかつ個別に連続的に可変制御するこ
とにより、該指令信号を低次の制振対象モードに対して
は質量体の変位に比例させるとともに高次の制振対象モ
ードに対しては質量体の速度に比例させることを特徴と
する制振装置の質量体移動制御方法。Claims 1. A vibration of an object to be damped is converted into a command signal for driving an AC servomotor, and the AC signal is converted by the command signal.
In a mass body movement control method for a vibration damping device in which a servomotor is driven to move a mass body to dampen an object to be damped by the movement of the mass body, a displacement and a speed of the mass body are detected. When the displacement signal and the speed signal are fed back to the command signal immediately before the AC servomotor in a closed minor loop, individual variable scalar gains are set for each of the low-order and high-order vibration suppression target modes. By controlling the variable scalar gains simultaneously and individually continuously by the controller, the command signal is proportional to the displacement of the mass body for the low-order vibration suppression target mode and the high-order vibration suppression target mode A mass body movement control method for a vibration damping device, wherein